專利名稱：金屬材料表面化學(xué)鍍鎳再套鍍硬鉻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面處理領(lǐng)域。主要適用于金屬材料表面防腐蝕和耐磨損的保護鍍層。
金屬材料表面進行電鍍硬鉻，獲得硬鉻鍍層，已得到了相當廣泛的應(yīng)用，因為硬鉻鍍層的表面摩擦系數(shù)低，并且存在自愈合作用的氧化物(Cr2O3)表面膜，故抗磨損性能優(yōu)異。化學(xué)鍍鎳是近十幾年發(fā)展起來的新興表面處理技術(shù)，其特點是鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性和較好抗磨損性能，尤其在某些腐蝕環(huán)境中，其耐磨損性能優(yōu)于硬鉻鍍層，為此，有人提出化學(xué)鍍鎳層可取代電鍍硬鉻鍍層(((Metal finishing》1989,87(10),P21-25；《(世界機電技術(shù)》1990,NO4,P27-29)。然而，在許多非潤滑性的干磨損環(huán)境中，硬鉻鍍層的抗磨損性能遠優(yōu)于化學(xué)鍍鎳層。Taber磨損試驗表明，化學(xué)鍍鎳層經(jīng)熱處理后的磨損指數(shù)為8-12，而硬鉻鍍層磨損指數(shù)只為0.6-2。由此可見，兩種鍍層各有優(yōu)點，不能完全取代。同時，也可看出，各自也存在不足之處，如硬鉻鍍層在一些環(huán)境中，抗腐蝕性能不足，而化學(xué)鍍鎳層在非潤滑性系統(tǒng)中，抗磨損性能遠不如硬鉻鍍層。在現(xiàn)有技術(shù)，未發(fā)現(xiàn)金屬材料表面化學(xué)鍍鎳再套鍍硬鉻的報道。
本發(fā)明的目的在于鍍層既有優(yōu)異的耐蝕性能，又有優(yōu)良抗磨損性能的金屬材料表面化學(xué)鍍鎳再套鍍硬鉻的方法。
針對上述目的，本發(fā)明先在金屬材料表面進行化學(xué)鍍鎳，之后，再在鍍鎳層上電鍍硬鉻層，獲得雙層鍍層，該方法的具體工藝步驟如下(1)首先對金屬材料表面進行清洗和活化表面清洗采用常規(guī)方法進行，首先化學(xué)除油，水洗，再陰極除油，經(jīng)水洗后進行活化，隨后水洗、去離子水水洗。
(2)化學(xué)鍍鎳金屬材料表面經(jīng)清理和活化后進行化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍鎳的鍍液成分為硫酸鎳20-30g/L，次亞磷酸鈉20-35g/L，有機絡(luò)合劑25-40g/L，緩沖劑10-20g/L，加速劑5-10g/L，添加劑P1-3g/L，表面活性劑10-200ppm，穩(wěn)定劑2-20ppm；鍍液的溶劑為去離子水或蒸餾水；鍍液的PH值為；4.5-5.5；化學(xué)鍍鎳溫度為82-95℃；上述鍍液成分中有機絡(luò)合劑為檸檬酸、乳酸、羥基乙酸、氨基酸中任一種或任兩種之和。有機絡(luò)合劑的加入是為了絡(luò)合鎳離子，不使之沉淀析出。
緩沖劑為醋酸或醋酸鈉中任一種，它的加入是為了穩(wěn)定鍍液的PH值，防止PH值下降過快，導(dǎo)致鍍速大幅度下降。
加速劑為蘋果酸、丙酸、琥鉑酸、丙二酸中任一種或任兩種之和。加入加速劑的目的是促進化學(xué)鍍的反應(yīng)速度。
添加劑P為糖精、烯丙基磺酸鈉中任一種。它的加入是為了使鎳層具有壓應(yīng)力，增強與基體的結(jié)合力。
表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。其加入目的是減小溶液的表面張力，使反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣盡快逸出，減少鍍層孔隙，提高耐蝕性。
穩(wěn)定劑為醋酸鉛、碘酸鈉、鉬酸鈉、硫脲中任一種或任兩種之和。它的加入是為了提高化學(xué)鍍液的穩(wěn)定性，防止分解。
化學(xué)鍍鎳層的厚度要求在15μm以上，保證鍍層有足夠的耐蝕性。
(3)電鍍硬鉻化學(xué)鍍鎳完成，在基體表面獲取鍍鎳層之后，經(jīng)水洗和去離子水清洗，進行電鍍硬鉻，電鍍硬鉻的鍍液化學(xué)成分為鉻酸130-150g/L，硫酸0.5-0.8g/L，三價鉻1-2g/L，稀土添加劑1.5-3.0g/L；電鍍硬鉻溫度為50-55℃；電流密度為40-45A/dm2。
上述成分中，稀土添加劑為硝酸鈰銨、硫酸鑭、硫酸釷中任一種或任兩種之和。它的加入目的是為了提高電流效率，減少腐蝕。
電鍍硬鉻層的厚度可根據(jù)實際需要確定。
電鍍硬鉻層之后，經(jīng)水洗、干燥，即完成本發(fā)明所述方法的全過程，在金屬材料表面獲得兩種鍍層，即化學(xué)鍍鎳層和電鍍硬鉻層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)與單一化學(xué)鍍鎳鍍層相比，不僅具有相同較高的耐蝕性，而且有更強的抗磨損性能。
(2)與單一電鍍硬鉻層相比，不僅具有相同的抗磨損性能，而且具有更優(yōu)異的耐蝕性能。
即本發(fā)明所述的鍍層既有優(yōu)異的耐蝕性，又有較高的抗磨損性能。
(3)本發(fā)明所述鍍層，比單一的化學(xué)鍍鎳層和單一的電鍍硬鉻層有著更為廣泛的應(yīng)用范圍，更適用于既要求有優(yōu)異的耐蝕性，又要求較高抗磨損性能的環(huán)境。
實施例采用本發(fā)明所述的金屬材料表面化學(xué)鍍鎳套鍍硬鉻的方法，在三種不同的基體材料表面首先進行了化學(xué)鍍鎳，然后再在其上進行電鍍硬鉻，化學(xué)元素鍍鎳前，材料表面進行清理和活化，化學(xué)鍍鎳后也進行清洗。
化學(xué)鍍鎳所采用鍍液的化學(xué)成分及工藝參數(shù)如表1所示。電鍍硬鉻所采用的電鍍液化學(xué)成分及工藝參數(shù)如表2所示?；瘜W(xué)鍍鎳和電鍍硬鉻完成之后，對這種套鍍層分別進行了鹽霧試驗(按標準ASTM117進行)和磨損試驗。磨損試驗按Taber試驗法進行(CS-10，負載1000g/輪，時間10000轉(zhuǎn))。試驗結(jié)果列入表3。
為了對比，在相同的金屬材料表面進行單一化學(xué)鍍鎳鍍層和單一電鍍硬鉻鍍層的試驗，所獲單一鍍層也在同樣條件下，進行相同的鹽霧試驗和磨損試驗。有關(guān)參數(shù)也列入表1、表2中和表3中。其中，對比例4為單一化學(xué)鍍鎳，對比例5單一電鍍硬鉻。
另外，單一的化學(xué)鍍鎳鍍層還單獨進行了400℃保溫1小時的熱處理。
權(quán)利要求
1.一種金屬材料表面化學(xué)鍍鎳再套鍍硬鉻的方法，其特征在于該方法包括如下具體工藝步驟(1)首先采用常規(guī)方法對金屬材料表面進行清洗和活化；(2)化學(xué)鍍鎳金屬材料表面經(jīng)清理和活化后進行化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍鎳的鍍液成分為硫酸鎳20-30g/L，次亞磷酸鈉20-35g/L，有機絡(luò)合劑25-40g/L，緩沖劑10-20g/L，加速劑5-10g/L，添加劑P1-3g/L，表面活性劑10-200ppm，穩(wěn)定劑2-20ppm；鍍液的溶劑為去離子水或蒸餾水；鍍液的PH值為；4.5-5.5；化學(xué)鍍鎳溫度為82-95℃；(3)電鍍硬鉻化學(xué)鍍鎳完成，在基體表面獲取鍍鎳層之后，經(jīng)水洗和去離子水清洗，進行電鍍硬鉻，電鍍硬鉻的鍍液化學(xué)成分為鉻酸130-150g/L，硫酸0.5-0.8g/L，三價鉻1-2g/L，稀土添加劑1.5-3.0g/L；電鍍溫度為50-55℃；電流密度為40-45A/dm2。
2.根據(jù)權(quán)利要示1所述的方法，其特征在于有機絡(luò)合劑為檸檬酸、乳酸、羥基乙酸、氨基酸中任一種或任兩種之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于緩沖劑為醋酸或醋酸鈉中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加速劑為蘋果酸、丙酸、琥珀酸、丙二酸中任一種或任兩種之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于添加劑P為糖精、烯丙基磺酸鈉中任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于穩(wěn)定劑為醋酸鉛、碘酸鈉、鉬酸鈉、硫脲中任一種或任兩種之和。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于稀土添加劑為硝酸鈰銨、硫酸鑭、硫酸釷中任一種或任兩種之和。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料表面處理領(lǐng)域。本發(fā)明是關(guān)于金屬材料表面化學(xué)鍍鎳再套鍍硬鉻的方法,首先將材料表面清洗干凈,然后在其表面進行化學(xué)鍍鎳,鍍液的成分包括硫酸鎳、次亞磷酸鈉、有機絡(luò)合物、緩沖劑、加速劑、添加劑、表面活性劑和穩(wěn)定劑。鍍鎳層經(jīng)清洗后,再在其上電鍍硬鉻,其鍍液的化學(xué)成分包括鉻酸、硫酸、三價鉻、稀土添加劑。之后,在其表面即獲得鍍鎳層和鍍鉻層。該套鍍層具有優(yōu)異的耐蝕性和較高的抗磨損性能。
文檔編號C23C28/02GK1225397SQ98118000
公開日1999年8月11日 申請日期1998年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月24日
發(fā)明者王海林, 何慶琳, 郭慶春 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院